Le supernovae possono svelarci una nuova fisica oltre il modello standard

Una supernova, l'esplosione di una nana bianca o di una stella molto massiva, può generare più luce rispetto a un miliardo di stelle. Sono associate a condizioni fisiche estreme, molto più intense di ogni evento conosciuto nell'Universo. Dei ricercatori hanno investigato la possibilità che questo evento ci aiuti ad andare oltre il modello standard.

Per decenni gli astronomi hanno cercato di prevedere l'esplosione di una supernova, costruendo modelli teorici e computazionali che li aiutassero a comprendere questo affascinante evento cosmologico. Nel 1987, i ricercatori sono stati in grado di osservare i neutrini prodotti da una supernova per la prima volta, e per molto tempo è stata l'unica. Questa osservazione è stata una notevole misura del tasso di raffreddamento del residuo della supernova.

Per decenni, quest'unica misura è stata vista come il limite che dovevano rispettare le particelle esotiche nel raffreddare la supernova. Questo punto di riferimento è stato conosciuto come "vincolo per il raffreddamento di una supernova", ed è stato usato intensamente per investigare delle possibili estensioni del modello standard.

Gli scienziati del Max Planck Institute in Germania e della Stanford University hanno analizzato il ruolo dei muoni, particelle simili agli elettroni ma con una massa più grande e che potrebbero contribuire a raffreddare il residuo della supernova.

"La comunità ha iniziato ad apprezzare recentemente il ruolo che i muoni possono giocare nelle supernova e, di conseguenza, poco lavoro è stato fatto per capire come delle nuove particelle si accoppierebbero con i muoni," ha raccontato William De Rocco, uno dei ricercatori che hanno lavorato allo studio. "Abbiamo realizzato che, eseguendo delle simulazioni dei muoni in una supernova, possiamo mettere dei vincoli sugli accoppiamenti esotici. Questo è il modo in cui è nato il progetto."

Il team del Max Plack Institute ha effettuato una serie di simulazioni sulle supernovae, includendo gli effetti dei muoni, e che tengono conto delle delle più recenti scoperte sulla fisica delle supernovae. Queste simulazioni hanno portato alla creazione del più grande database di esplosioni stellari che contengono i muoni, che adesso è pubblico e accessibile da qualsiasi astrofisico nel mondo. In questo modo, De Rocco e il resto del team di Stanford ha utilizzato questa libreria per calcolare il tasso di produzione degli assioni, delle ipotetiche particelle non ancora rilevate.

"Molti modelli dettagliati dei complessi processi in una supernova ci permettono ancora di utilizzare la misura sui neutrini, vecchia di 33 anni, connessa con la supernova 1987A per capire nuovi aspetti suoi fenomeni subatomici, molto difficili da replicare in laboratorio. spiega Hans-Thomas Janka, del Max Planck Institute. "William e Peter (di Stanford) hanno contattato il mio postdoc Robert Bolling e me con la loro idea, così abbiamo formato un gruppo e abbiamo unito le forze durante il lockdown per il COVID-19."

De Rocco, Janka e i suoi colleghi hanno dimostrato che le supernovae possono essere un potente laboratorio per cercare una nuova fisica dei muoni, qualcosa che non è mai stato apprezzato a sufficienza. Il loro lavoro ha già ispirato altri gruppi di ricerca ad analizzare la fisica oltre il modello standard studiando i muoni nelle supernovae.